我国科学家发明“进化透镜”，马铃薯育种取得世界性突破

北京时间2023年5月4日，国际权威期刊《细胞（Cell）》在线发表了中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队的最新研究成果：“Phylogenomic discovery of deleterious mutations facilitates hybrid potato breeding（利用进化基因组学鉴定有害突变进而指导杂交马铃薯育种）”。

该研究发明了一种新的“进化透镜”技术，发现马铃薯进化约束及有害突变位点，绘制了首个马铃薯有害突变二维图谱，使我国在马铃薯育种基础理论和技术上站在了世界领先地位。

绘制图谱 精准鉴定进化突变

马铃薯育种是世界性难题，我们在快餐店吃的薯条还是来自120多年前育成的马铃薯品种，但是该品种容易感染病虫害。

马铃薯之所以很难选育出相对较好的品种，因其有着“四套基因组”，遗传分析很复杂。再加上，马铃薯属于薯块繁殖，繁殖系数仅1：10，相当于收获10个土豆，人们需要留下一个作为“种子”，极大的增加了种植成本。

育种技术亟需变革。

人类早就发现，在进化过程中，物种的基因组并非一成不变。但是，一些具有重要功能的位点不会改变，它们会在进化过程中保留在不同物种中，研究人员称这一现象为进化约束（evolutionary constraint），把这些位点称为进化保守位点。  

我国科学家团队突破常规思维，将马铃薯育种放置在“进化论”这样更广的领域中去研究。

黄三文团队便是这样的开拓者。他们收集了100份茄科和旋花科的材料，通过基因组的比较分析，追踪最长8千万年、累计12亿年的进化痕迹，在此基础上开发出“进化透镜”，用来发现马铃薯进化约束及有害突变的点位，绘制了首个马铃薯有害突变二维图谱。

黄三文介绍，“进化透镜”技术的发明，给育种家安装最强“火眼金睛”，让他们能够更早发现阻碍马铃薯育种的基因组“暗礁”，避免育种“走弯路”，让大家能够更快吃上更优质的高产土豆。

解读基因 育种决策更提前

二维图谱能够指导育种家更有效的进行起始材料选择。

研究人员利用该图谱又提出反直觉的自交系培育方法，还开发了一个全基因组预测新模型。

科学家可以利用模型解读马铃薯的基因组，只需要苗期的DNA，就可以提前预测马铃薯育种材料的产量、株高、薯块等性状，更好地帮助育种家制定早期育种决策，缩短马铃薯育种周期，该成果加速马铃薯育种进程，提高了马铃薯产量25％－45％的预测精确度。

“这一研究成果不仅对马铃薯，还将会对粮、油、果、蔬、茶都有重要的指导作用”中国科学院院士、崖州湾实验室主任、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员李家洋点评时说。

“黄三文团队的这项研究是马铃薯育种的里程碑式成果，预示着作物育种进入一个新的时代。”中国科学院院士、中科院植物所研究员种康给出高度评价。

明尼苏达大学的教授彼得·莫雷尔认为，黄三文团队设计实验并有效鉴定出有害的遗传变异，进而达到能够长期不断改良产量等性状。

近年来，由中国科学家开展的“优薯计划”相继破解了马铃薯基因组解析、自交不亲和、自交衰退等重大难题，培育出第一代自交系材料及杂交种，相关成果均已在国际顶尖学术期刊发表。

下一步，中国农业科学院深圳农业基因组研究所团队将根据模型选择更多品种，运用二维图谱指导马铃薯设计育种，聚合更多有利基因，培育高产优质的马铃薯品种。

中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文研究员为该论文的通讯作者，基因组所博士后吴瑶瑶、博士后李大伟、硕士研究生胡勇为共同第一作者。来自中国、美国、英国、德国等多国专家对该论文提出了重要指导。

该研究得到了科技部、国家自然科学基金委员会、中国农业科学院、广东省、深圳市及大鹏新区的资助。